Nghiên cứu xác định kim loại nặng trong nguồn nước sinh hoạt ở xã Thạch Sơn, Lâm Thao, Phú Thọ

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xác định kim loại trong nguồn nước sinh hoạt tại xã Thạch Sơn, Lâm Thao, Phú Thọ, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

• Tác giả: Đỗ Thị Thanh Tâm
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Văn Ri
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
• Đề tài: Nghiên Cứu Xác Định Một Số Kim Loại Trong Nguồn Nước Sinh Hoạt Ở Khu Vực Xã Thạch Sơn - Lâm Thao - Phú Thọ
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Vài nét về xã Thạch Sơn-Lâm Thao-Phú Thọ và tình trạng ô nhiễm ở đây
• 1.2. Sản xuất nông nghiệp
• 1.2.1. Trồng trọt
• 1.2.2. Chăn nuôi
• 1.3. Sản xuất tiểu thủ công nghiệp và vấn đề Môi trường
• 1.4. Giới thiệu chung về chì, đồng và kẽm
• 1.5. Tính chất vật lý
• 1.5.1. Nguyên tố chì
• 1.5.2. Nguyên tố đồng
• 1.5.3. Nguyên tố kẽm
• 1.6. Tính chất hoá học
• 1.6.1. Nguyên tố chì
• 1.6.2. Nguyên tố đồng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tối ưu hóa các điều kiện của phép đo phổ F-AAS xác định các nguyên tố chì, đồng, kẽm
• 3.1.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ
• 3.1.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu
• 3.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khác
• 3.2. Phương pháp đường chuẩn đối với kỹ thuật F-AAS
• 3.3. Tổng kết các điều kiện đo phổ F-AAS của Cu, Pb, Zn
• 3.4. Khảo sát các điều kiện làm giàu và tách chiết bằng phương pháp chiết pha rắn sử dụng chelex 100
• 3.4.1. Khảo sát môi trường tạo phức pH
• 3.4.2. Khảo sát tốc độ nạp mẫu
• 3.4.3. Khảo sát khả năng rửa giải
• 3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ rửa giải
• 3.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích mẫu thử
• 3.4.6. Khảo sát ảnh hưởng của một số ion đến khả năng hấp thu của Cu2+, Pb2+ và Zn2+
• 3.5. Đánh giá phương pháp tách và làm giàu
• 3.6. Phân tích mẫu thực
• 3.6.1. Lấy mẫu và sử lý mẫu
• 3.6.2. Phân tích mẫu thực
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu kim loại nặng trong nước sinh hoạt

Nghiên cứu xác định kim loại nặng trong nước sinh hoạt tại Thạch Sơn, Lâm Thao, Phú Thọ là một vấn đề cấp bách. Tình trạng ô nhiễm nước sinh hoạt đang ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng. Các kim loại nặng như chì (Pb), đồng (Cu) và kẽm (Zn) có thể gây ra nhiều bệnh tật, đặc biệt là ung thư. Việc nghiên cứu này nhằm mục đích đánh giá mức độ ô nhiễm và tìm ra giải pháp khắc phục.

1.1. Tình hình ô nhiễm nước sinh hoạt tại Thạch Sơn

Thạch Sơn là một xã có nhiều hoạt động sản xuất nông nghiệp và tiểu thủ công nghiệp. Tuy nhiên, việc xả thải không kiểm soát từ các nhà máy đã dẫn đến ô nhiễm nguồn nước. Theo khảo sát, nồng độ kim loại nặng trong nước sinh hoạt vượt mức cho phép, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân.

1.2. Tác động của kim loại nặng đến sức khỏe

Kim loại nặng như Pb, Cu, Zn có thể gây ra nhiều bệnh lý nghiêm trọng. Pb là nguyên nhân chính gây ra bệnh ung thư, trong khi Cu và Zn ở nồng độ cao có thể gây tổn thương gan và thận. Việc hiểu rõ tác động của các kim loại này là rất quan trọng để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

II. Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong nước sinh hoạt

Ô nhiễm kim loại nặng trong nước sinh hoạt tại Thạch Sơn đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Nguồn nước bị ô nhiễm không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe mà còn tác động đến môi trường sống. Việc xác định nguyên nhân và mức độ ô nhiễm là cần thiết để có biện pháp khắc phục hiệu quả.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng

Các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt hàng ngày đều góp phần vào ô nhiễm kim loại nặng. Nước thải từ các nhà máy, đặc biệt là Công ty Supe Phốt phát và Hoá chất Lâm Thao, là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng này.

2.2. Hệ quả của ô nhiễm kim loại nặng

Ô nhiễm kim loại nặng không chỉ gây ra các bệnh lý nghiêm trọng mà còn làm giảm chất lượng cuộc sống của người dân. Nhiều hộ gia đình không thể sử dụng nước giếng do ô nhiễm, dẫn đến việc phải sử dụng nước từ các nguồn không đảm bảo an toàn.

III. Phương pháp nghiên cứu xác định kim loại nặng trong nước

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp hiện đại để xác định nồng độ kim loại nặng trong nước sinh hoạt. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) được áp dụng để phân tích chính xác nồng độ của Pb, Cu, Zn trong mẫu nước.

3.1. Phương pháp F AAS trong phân tích kim loại nặng

Phương pháp F-AAS cho phép xác định nồng độ kim loại nặng với độ chính xác cao. Nghiên cứu đã tối ưu hóa các điều kiện phân tích để đạt được kết quả tốt nhất. Việc sử dụng thiết bị hiện đại giúp nâng cao độ tin cậy của kết quả.

3.2. Quy trình lấy mẫu và phân tích

Quy trình lấy mẫu nước được thực hiện theo tiêu chuẩn nghiêm ngặt. Mẫu nước được thu thập từ nhiều vị trí khác nhau trong xã Thạch Sơn để đảm bảo tính đại diện. Sau đó, mẫu được xử lý và phân tích bằng phương pháp F-AAS để xác định nồng độ kim loại nặng.

IV. Kết quả nghiên cứu và đánh giá ô nhiễm kim loại nặng

Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ kim loại nặng trong nước sinh hoạt tại Thạch Sơn vượt mức cho phép. Điều này cho thấy tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng và cần có biện pháp khắc phục kịp thời. Việc đánh giá mức độ ô nhiễm giúp đưa ra các giải pháp hiệu quả để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

4.1. Nồng độ kim loại nặng trong mẫu nước

Kết quả phân tích cho thấy nồng độ Pb, Cu, Zn trong nước sinh hoạt tại Thạch Sơn cao hơn nhiều so với giới hạn cho phép. Điều này cho thấy sự ô nhiễm nghiêm trọng và cần có biện pháp xử lý ngay lập tức.

4.2. Đánh giá tác động đến sức khỏe cộng đồng

Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng có thể dẫn đến nhiều bệnh lý nghiêm trọng cho người dân. Việc đánh giá tác động này là cần thiết để có những biện pháp bảo vệ sức khỏe hiệu quả.

V. Giải pháp khắc phục ô nhiễm kim loại nặng trong nước

Để khắc phục tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước sinh hoạt, cần có các giải pháp đồng bộ từ chính quyền và cộng đồng. Việc nâng cao ý thức bảo vệ môi trường và áp dụng công nghệ xử lý nước là rất quan trọng.

5.1. Các biện pháp xử lý nước ô nhiễm

Cần áp dụng các công nghệ xử lý nước hiện đại để loại bỏ kim loại nặng. Việc đầu tư vào hệ thống xử lý nước sạch sẽ giúp cải thiện chất lượng nước sinh hoạt cho người dân.

5.2. Tăng cường quản lý và giám sát môi trường

Chính quyền cần tăng cường quản lý và giám sát các hoạt động sản xuất, xả thải để giảm thiểu ô nhiễm. Việc thực hiện các quy định về bảo vệ môi trường là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

VI. Kết luận và triển vọng tương lai về nước sinh hoạt

Nghiên cứu xác định kim loại nặng trong nước sinh hoạt tại Thạch Sơn đã chỉ ra tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. Cần có các biện pháp khắc phục kịp thời để bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Tương lai, việc cải thiện chất lượng nước sinh hoạt sẽ góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân.

6.1. Tầm quan trọng của nước sạch

Nước sạch là yếu tố quan trọng cho sức khỏe và sự phát triển của cộng đồng. Việc đảm bảo nguồn nước sạch sẽ giúp giảm thiểu bệnh tật và nâng cao chất lượng cuộc sống.

6.2. Hướng đi cho nghiên cứu và bảo vệ môi trường

Nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng cần được tiếp tục để có những giải pháp hiệu quả hơn. Việc bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng là trách nhiệm của tất cả mọi người.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thực trạng suy thoái môi trường nước tại các khu vực lân cận khu công nghiệp đang đe dọa trực tiếp đến tính mạng và an sinh xã hội của cộng đồng. Điển hình tại xã Thạch Sơn, huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ, thống kê trong giai đoạn 1999–2005 ghi nhận có 304 người qua đời thì có tới 106 người chết vì bệnh ung thư, chiếm tỷ lệ đáng báo động là 34,86%. Tình trạng này khiến địa phương bị gán nhãn là một trong những điểm nóng ô nhiễm nghiêm trọng nhất miền Bắc, với hơn 400 hộ dân nằm sát các nhà máy hóa chất, giấy và pin ắc quy hoàn toàn không thể sử dụng nguồn nước giếng khoan truyền thống do nhiễm mùi hôi và kim loại nặng.

Trước bối cảnh bức thiết đó, đề tài nghiên cứu tập trung xác định hàm lượng vết của ba kim loại nặng độc hại gồm Chì (Pb), Đồng (Cu) và Kẽm (Zn) trong nguồn nước sinh hoạt và nông nghiệp tại Thạch Sơn. Mục tiêu trọng tâm là tối ưu hóa quy trình phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) kết hợp kỹ thuật chiết pha rắn (SPE) làm giàu vi lượng trên vật liệu nhựa Chelex 100 dạng amoni. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm toàn diện trong năm 2011, đối chiếu nồng độ kim loại với các tiêu chuẩn khắt khe như QCVN 08:2008/BTNMT và QCVN 09:2008/BTNMT. Đóng góp khoa học của luận văn mang giá trị thực tiễn cao khi cung cấp bộ dữ liệu quan trắc định lượng chính xác với độ lệch chuẩn tương đối dưới 3%, hỗ trợ trực tiếp cho các cơ quan hoạch định chính sách cấp nước sạch và xử lý ô nhiễm lưu vực sông Hồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng tích hợp của ba khung lý thuyết chuyên sâu trong hóa phân tích và độc học môi trường. Thứ nhất là lý thuyết quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) dựa trên định luật thực nghiệm về độ hấp thụ quang:

$$A_\lambda = a \cdot C_x^b$$

Khi chiếu chùm tia bức xạ cộng hưởng phát ra từ đèn catot rỗng (HCL) có bước sóng đặc trưng qua đám hơi nguyên tử tự do ở nhiệt độ ngọn lửa 2100°C đến 2400°C, các nguyên tử ở trạng thái cơ bản sẽ hấp thụ photon và chuyển dịch lên trạng thái kích thích.

Thứ hai là lý thuyết chiết pha rắn (SPE) cơ chế trao đổi ion vòng càng (chelate). Nhựa Chelex 100 cấu tạo từ khung copolyme styren-divinylbenzen liên kết với các nhóm chức axit iminodiacetic mang cặp điện tử tự do trên nguyên tử nitơ và nhóm cacboxylat, cho phép tạo phức phối trí bền vững đa càng với các cation kim loại chuyển tiếp hóa trị hai như Pb²⁺, Cu²⁺ và Zn²⁺, tách chọn lọc chúng khỏi nền mẫu giàu ion kiềm và kiềm thổ.

Thứ ba là lý thuyết độc học tích tụ sinh học kim loại nặng. Chì gây ức chế enzyme tổng hợp hemoglobin và phá hủy tế bào thần kinh, ngưỡng phơi nhiễm mãn tính nguy hại bắt đầu từ 1,0 mg/ngày; Đồng tích tụ lâu dài gây hội chứng Wilson hủy hoại gan thận; Kẽm ở nồng độ cao gây rối loạn tiêu hóa và ức chế hấp thu khoáng chất vi lượng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập và phân tích hơn 50 mẫu nước thực tế, bao gồm mẫu nước ngầm từ giếng khoan sâu 15–30m của các hộ gia đình và mẫu nước mặt tại các kênh mương tưới tiêu trên địa bàn xã Thạch Sơn cùng các khu vực đối chứng. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu phân tầng theo khoảng cách địa lý tính từ nguồn phát thải của Công ty Supe Phốt phát & Hóa chất Lâm Thao, Công ty Cổ phần Pin ắc quy Vĩnh Phú và Công ty Giấy Bãi Bằng. Toàn bộ mẫu nước được cố định ngay tại hiện trường bằng axit HNO₃ tinh khiết quang phổ đến pH dưới 2 nhằm bảo toàn trạng thái hòa tan của các ion kim loại.

Quy trình phân tích kết hợp hai kỹ thuật cốt lõi: Chiết pha rắn SPE để làm giàu nồng độ vết và phép đo F-AAS trên hệ thống máy hiện đại NovAA-400 của hãng Analytik Jena (Đức). Cột chiết SPE đường kính trong 0,6 cm chứa 0,3 g nhựa Chelex 100 kích thước hạt 100–200 mesh được chuyển hóa sang dạng NH₄⁺ để đạt hiệu suất trao đổi tối đa. Lý do lựa chọn sự kết hợp này xuất phát từ thực tế nồng độ kim loại vết trong nước tự nhiên thường nằm dưới giới hạn định lượng trực tiếp của F-AAS thông thường; việc làm giàu bằng Chelex 100 giúp nâng hệ số làm giàu lên từ 20 đến 30 lần, đồng thời loại trừ triệt để ảnh hưởng cản trở của nền ma trận muối vô cơ mà vẫn đảm bảo chi phí hợp lý hơn so với phương pháp ICP-MS.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tối ưu hóa các thông số kỹ thuật trên thiết bị NovAA-400 đã xác lập được bộ điều kiện đo quang phổ chuẩn xác cho từng nguyên tố phân tích, đảm bảo độ hấp thụ quang Abs đạt cực đại và độ lặp lại cao:

• Nguyên tố Chì (Pb): Bước sóng đo tối ưu tại vạch phổ nhạy 217,0 nm (Abs đạt 0,1206), khe đo 0,5 nm, cường độ dòng đèn HCL 8 mA, chiều cao burner 8 mm và lưu lượng khí cháy axetilen 45 L/h.
• Nguyên tố Đồng (Cu): Bước sóng đo tối ưu tại 324,8 nm (Abs đạt 0,0656), khe đo 0,5 nm, dòng đèn HCL 10 mA, chiều cao burner 7 mm và lưu lượng khí axetilen 40 L/h.
• Nguyên tố Kẽm (Zn): Bước sóng đo tối ưu tại 213,9 nm (Abs đạt 0,1394), khe đo hẹp 0,2 nm, dòng đèn HCL 7 mA, chiều cao burner 7 mm và lưu lượng khí axetilen 45 L/h.

Khảo sát ảnh hưởng của môi trường hóa học chứng minh dung dịch nền chứa axit HNO₃ 2% kết hợp phụ gia muối CH₃COONH₄ 1% giúp tăng tín hiệu đo phổ từ 15% đến 22% so với môi trường nước cất thông thường, nhờ hạn chế sự hình thành các hợp chất khó bay hơi trong ngọn lửa. Quá trình chiết pha rắn bằng nhựa Chelex 100 dạng NH₄⁺ ghi nhận hiệu suất thu hồi ion đạt trên 95% đối với cả ba kim loại tại tốc độ nạp mẫu 2,0 mL/phút và rửa giải hoàn toàn bằng dung dịch axit HNO₃ với độ lệch chuẩn tương đối RSD luôn duy trì ở mức dưới 1,5%.

Thảo luận kết quả

Dữ liệu thực nghiệm phân tích mẫu thực tế tại Thạch Sơn chỉ ra tình trạng ô nhiễm kim loại nặng diễn biến phức tạp theo không gian. Nồng độ Chì (Pb) trong nhiều mẫu nước giếng sinh hoạt dao động từ 0,015 đến 0,045 mg/L, vượt từ 1,5 đến 4,5 lần so với giới hạn cho phép của QCVN 09:2008/BTNMT đối với nước ngầm (0,01 mg/L). Nồng độ Đồng (Cu) và Kẽm (Zn) trong các kênh nước mặt phục vụ tưới tiêu nông nghiệp tại khu vực giáp ranh cống xả thải cũng ghi nhận sự tích tụ cục bộ cao, tiệm cận ngưỡng trần cột A của QCVN 08:2008/BTNMT.

Nguyên nhân chính xuất phát từ hoạt động công nghiệp hóa chất phân bón và sản xuất ắc quy kéo dài hơn 40 năm tại khu vực lân cận, khi công suất sản xuất axit sunfuric tăng hơn 6 lần và phân bón tăng hơn 14 lần qua các thời kỳ nhưng hệ thống xử lý nước thải chưa theo kịp tốc độ gia tăng chất thải. Các ion kim loại nặng ngấm sâu qua các tầng địa chất ngậm nước và lắng đọng trong bùn đáy kênh rạch. Về mặt trình bày khoa học, các kết quả đường chuẩn hồi quy tuyến tính của Pb, Cu, Zn đều thể hiện hệ số tương quan rất cao ($R^2 > 0,999$), có thể biểu diễn trực quan qua đồ thị phân tán tuyến tính kết hợp các biểu đồ cột so sánh nồng độ trung bình giữa các cụm dân cư bị ảnh hưởng và khu vực đối chứng sạch.

Nồng độ kim loại đo được vs. Giới hạn quy chuẩn (QCVN)
Kim loại     Vạch đo (nm)   QCVN Nước ngầm    Thực tế tại Thạch Sơn
Chì (Pb)       217,0          0,01 mg/L       0,015 - 0,045 mg/L
Đồng (Cu)      324,8          1,00 mg/L       0,080 - 0,420 mg/L
Kẽm (Zn)       213,9          3,00 mg/L       0,150 - 1,200 mg/L

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận thực nghiệm, luận văn đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp đồng bộ nhằm kiểm soát và khắc phục triệt để nguy cơ ô nhiễm nguồn nước:

1. Mở rộng và giám sát mạng lưới cấp nước sạch đô thị: Ủy ban nhân dân huyện Lâm Thao và tỉnh Phú Thọ cần đẩy nhanh tiến độ đấu nối hệ thống nước sạch tập trung đến 100% hộ dân tại xã Thạch Sơn trước năm 2013, bảo đảm thay thế hoàn toàn việc khai thác nước ngầm tầng nông chưa qua xử lý cho mục đích ăn uống và sinh hoạt.
2. Nâng cấp hệ thống tiền xử lý và quan trắc nước thải tự động: Yêu cầu các doanh nghiệp trọng điểm trong vùng, đặc biệt là các đơn vị sản xuất hóa chất và pin ắc quy, phải đầu tư công nghệ trung hòa kết tủa hydroxit đa tầng kết hợp lắng cặn thứ cấp, đảm bảo giảm thiểu từ 80% đến 90% lượng ion Pb²⁺ và Cu²⁺ phát thải ra môi trường tiếp nhận, đồng thời lắp đặt trạm quan trắc tự động liên tục 24/7 truyền dữ liệu về Sở Tài nguyên và Môi trường.
3. Ứng dụng công nghệ xử lý nước tưới nông nghiệp tại chỗ: Triển khai lắp đặt các bể lọc sinh học kết hợp bãi lọc ngầm trồng cây thủy sinh (như lau sậy, bèo tây) hoặc sử dụng vật liệu hấp phụ giá rẻ (tro xỉ biến tính, than hoạt tính từ phế phẩm nông nghiệp) nhằm loại bỏ ít nhất 70% kim loại nặng trong nước kênh mương trước khi đưa vào đồng ruộng canh tác 293 ha lúa và hoa màu.
4. Tổ chức chương trình theo dõi dịch tễ và truyền thông cộng đồng: Trung tâm Y tế dự phòng tỉnh cần định kỳ 6 tháng một lần thực hiện xét nghiệm tầm soát hàm lượng kim loại nặng trong mẫu sinh học (máu, tóc) của người dân sinh sống tại khu vực nguy cơ cao, đồng thời tuyên truyền người dân không sử dụng bùn ao tù để bón trực tiếp cho rau màu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho nhiều nhóm đối tượng hoạt động trong lĩnh vực khoa học và quản lý:

• Cán bộ phân tích và kiểm nghiệm môi trường: Cung cấp tài liệu quy trình chuẩn (SOP) chi tiết về các bước chuẩn bị cột nhựa Chelex 100, cách tinh chế dung môi, và thiết lập thông số máy F-AAS để định lượng kim loại vết với độ tin cậy cao.
• Học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Hóa học, Kỹ thuật Môi trường: Là tài liệu học thuật mẫu mực về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp khảo sát các yếu tố ảnh hưởng hóa học và vật lý trong phân tích trắc quang ngọn lửa.
• Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và bảo vệ môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học và bằng chứng định lượng phục vụ công tác thanh tra môi trường, đánh giá tác động môi trường (ĐTM) tại các khu cụm công nghiệp hóa chất.
• Kỹ sư vận hành hệ thống xử lý nước và công nghệ môi trường: Nắm bắt cơ chế chọn lọc trao đổi ion để nghiên cứu, thiết kế các mô-đun lọc khử kim loại nặng công suất lớn trong xử lý nước cấp và nước thải.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần phải làm giàu kim loại bằng chiết pha rắn Chelex 100 trước khi đo F-AAS? Trong các nguồn nước tự nhiên, nồng độ của các kim loại nặng độc hại như Chì thường chỉ ở mức vài microgam trên lít (ppb), nằm dưới giới hạn định lượng trực tiếp của kỹ thuật ngọn lửa F-AAS. Chiết pha rắn bằng Chelex 100 giúp cô đặc mẫu gấp 20–30 lần và tách loại nền muối vô cơ gây nhiễu, nâng cao độ chính xác của phép đo.

Nhựa Chelex 100 dạng NH₄⁺ có ưu điểm gì vượt trội so với dạng H⁺ hay Na⁺? Nhựa Chelex 100 dạng H⁺ có xu hướng giải phóng proton làm giảm pH dung dịch trong cột, ức chế quá trình tạo phức của ion kim loại. Dạng Na⁺ lại làm tăng pH cục bộ quá cao gây kết tủa hydroxit kim loại làm tắc cột. Dạng NH₄⁺ duy trì khoảng đệm pH tối ưu (pH 5–7), giúp hiệu suất thu hồi Pb²⁺, Cu²⁺ và Zn²⁺ đạt cực đại trên 95%.

Nồng độ Chì (Pb) đo được tại Thạch Sơn vượt quy chuẩn bao nhiêu lần? Kết quả phân tích thực nghiệm ghi nhận nhiều mẫu nước giếng sinh hoạt tại Thạch Sơn có hàm lượng chì đạt mức 0,045 mg/L. Nồng độ này vượt 4,5 lần so với giới hạn tối đa cho phép trong nước ngầm theo QCVN 09:2008/BTNMT (0,01 mg/L), tiềm ẩn nguy cơ nhiễm độc thần kinh và máu rất cao.

Axit nào là dung môi rửa giải và môi trường đo phổ tốt nhất trong nghiên cứu? Axit nitric (HNO₃) nồng độ 2% là môi trường tối ưu nhất. Khác với axit clohydric hay axit sunfuric dễ tạo gốc muối bền nhiệt gây cản trở nguyên tử hóa, axit nitric dễ bay hơi hoàn toàn trong ngọn lửa axetilen-không khí nén và giúp tăng cường độ hấp thụ quang Abs lên mức cao nhất.

Nghiên cứu sử dụng thiết bị quang phổ nào và sai số phân tích là bao nhiêu? Đề tài sử dụng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử NovAA-400 của hãng Analytik Jena (CHLB Đức). Phương pháp phân tích xây dựng đạt độ lặp lại rất cao với độ lệch chuẩn tương đối (RSD) của các phép đo lặp 3 lần luôn dao động ổn định trong khoảng 0,11% đến 1,25%.

Kết luận

• Luận văn đã tối ưu hóa thành công quy trình phân tích đồng thời Pb, Cu và Zn bằng kỹ thuật F-AAS trên thiết bị NovAA-400 kết hợp chiết pha rắn SPE trên nền nhựa Chelex 100 dạng NH₄⁺.
• Xác lập bộ thông số kỹ thuật chuẩn: vạch phổ chì 217,0 nm (dòng 8 mA), đồng 324,8 nm (dòng 10 mA) và kẽm 213,9 nm (dòng 7 mA) trong môi trường nền axit HNO₃ 2% kết hợp muối CH₃COONH₄ 1%.
• Chứng minh hiệu quả tách và làm giàu mẫu vượt trội với hiệu suất thu hồi ion đạt trên 95%, hệ số làm giàu mẫu đạt 20–30 lần và độ lệch chuẩn tương đối RSD dưới 1,5%.
• Cung cấp bằng chứng khoa học khẳng định sự ô nhiễm Chì nghiêm trọng trong nguồn nước sinh hoạt tại xã Thạch Sơn (vượt ngưỡng quy chuẩn từ 1,5 đến 4,5 lần), lý giải mối liên hệ với các nguy cơ bệnh tật của cộng đồng.
• Mở ra hướng nghiên cứu mở rộng ứng dụng quy trình SPE-Chelex 100 để xác định các kim loại siêu vết khác như Cadimi (Cd), Asen (As) và Thủy ngân (Hg) trên các đối tượng mẫu nông sản và mô sinh học phức tạp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - TỔNG QUAN 1. Vài nét về xã Thạch Sơn-Lâm Thao-Phú Thọ và tình trạng ô nhiễm ở đây Thạch Sơn là xã nằm phía Tây huyện Lâm Thao, cách Hà Nội 100 km, giáp với xã Chu Hoá (Lâm Thao) ở phía Đông, giáp xã Xuân Huy, Xuân Lũng (Lâm Thao) ở phía Bắc, giáp Thị trấn Lâm Thao ở phía Nam, giáp Sông Hồng ở phía Tây. Xã Thạch Sơn có diện tích tự nhiên 518,89 ha, trong đó có 230 ha đất nông nghiệp (chiếm 44,32%), gồm đất lúa 2 vụ là 155 ha, lúa - lúa - rau là 15 ha, lúa - lúa - màu là 60 ha. Diện tích mặt nƣớc nuôi cá là 60,9 ha.

Còn lại là đất ở, sản xuất tiểu thủ công nghiệp (TTCN) và đất khác : 288,89 ha. Bình quân thu nhập đầu ngƣời của xã đạt 7,7 triệu đồng/năm. Sản xuất nông nghiệp (2011) * Trồng trọt: - Tổng diện tích gieo cấy là 293 ha, gồm diện tích lúa Xuân 155 ha, diện tích lúa Mùa 138 ha. Năng xuất lúa bình quân vụ Xuân đạt 51,3 tạ/ha, vụ Mùa đạt 44,1 tạ/ha.

- Tổng thu nhập ngành trồng trọt là 4,01 tỷ đồng, chiếm 34% giá trị sản xuất nông nghiệp. Thu nhập đạt 27,19 triệu/ha/năm. * Chăn nuôi: - Diện tích mặt nƣớc thả cá: 60,9 ha, thu cả năm đạt 186 tấn (tăng 5 tấn so với năm 2010), đạt 102,8%. - Tổng đàn trâu bò: 421 con, tăng 25 con so với năm 2010.

Tổng đàn lợn: 3030 con, tăng 30 con so với năm 2010. Tổng đàn gà đạt 24000 con. - Tổng thu nhập ngành chăn nuôi đạt 7,78 tỷ đồng, chiếm 66% giá trị sản xuất nông nghiệp. Sản xuất tiểu thủ công nghiệp và vấn đề Môi trường Sản xuất tiểu thủ công nghiệp: Thạch Sơn coi các ngành nghề tiểu thủ công nghiệp (TTCN) và dịch vụ là nguồn thu nhập chính của xã.

Tổng giá trị sản xuất từ 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] các ngành nghề TTCN và dịch vụ năm 2010 của xã Thạch Sơn là 45 tỷ đồng, chiếm 80% tổng giá trị sản xuất của toàn xã. Ngành nghề TTCN chính hiện nay ở Thạch Sơn là sản xuất gạch, trƣớc đây có khoảng 90 lò gạch sản xuất theo công nghệ đốt thủ công (đốt than) hoạt động, hiện nay xã đã dần chuyển đổi sang công nghệ lò đứng liên hoàn nhằm đảm bảo môi trƣờng cũng nhƣ chất lƣợng gạch. Vấn đề môi trường: Xã Thạch Sơn có hơn 1800 hộ, trong đó có 200 hộ sống gần Công ty Supe Phốt phát và Hoá chất Lâm Thao, 200 hộ sống ở ven đê Sông Hồng cạnh đƣờng ống nƣớc thải của Công ty giấy Bãi Bằng - 400 hộ trên đều không sử dụng đƣợc nƣớc giếng để sinh hoạt do nƣớc giếng có mùi hôi. Công ty Supe phốt phát và Hoá chất Lâm Thao là doanh nghiệp sản xuất phân bón vào loại lớn nhất nƣớc ta hiện nay.

Sản phẩm chủ yếu của Công ty là Supe lân, phân hỗn hợp NPK và các sản phẩm hoá chất khác nhƣ axit sunfuric kỹ thuật, axit ắc quy, sunfit, phèn, oxy…phục vụ cho nông nghiệp, công nghiệp và quốc phòng. Công suất sản xuất ban đầu của Công ty là 40.000 tấn axit sunfuric, 100.000 tấn supe lân/năm. Hiện nay nhà máy đã nâng công suất sản xuất axit lên gấp hơn 6 lần và sản xuất phân bón lên gấp hơn 14 lần. Hơn 40 năm qua, Công ty đã có nhiều thành tích đóng góp cho sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc, cho tỉnh Phú Thọ, huyện Lâm Thao và xã Thạch Sơn.

Trong công tác bảo vệ môi trƣờng, Công ty Supe phốt phát và Hoá chất Lâm Thao đã có một số giải pháp nhƣ nâng độ cao ống khói, đầu tƣ cải tạo dây truyền sản xuất, cải tạo hệ thống thu hồi bụi và hấp thụ khí fluor và một số biện pháp khác. Tuy nhiên, tình trạng gây ô nhiễm môi trƣờng đối với khu vực xung quanh nhà máy vẫn chƣa đƣợc khắc phục triệt để. Ngoài ra, xã Thạch Sơn còn phải tiếp nhận một lƣợng chất thải của Công ty Cổ phần pin ắc quy Vĩnh Phú, Công ty giấy Bãi Bằng. Các Công ty này cũng đã có nhiều biện pháp giảm thiểu gây ô nhiễm môi trƣờng.

Tuy nhiên các chất gây ô nhiễm môi trƣờng đã tồn tại và tích lũy qua một thời gian rất dài, do đó ảnh hƣởng của nó không thể giải quyết một sớm, một chiều. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Đáng mừng là tháng 10 năm 2010, sau 4 năm chờ đợi, ngƣời dân xã Thạch Sơn đã có nƣớc sạch theo chính sách cấp nƣớc sạch thay thế cho nguồn nƣớc giếng của Chính phủ. Tuy nhiên nguồn nƣớc dùng cho canh tác, sản xuất, tƣới tiêu…vẫn là nguồn nƣớc mặt, nƣớc ngầm ô nhiễm tại chỗ. Giới thiệu chung về chì, đồng và kẽm Nguyên tố chì - Nguyên tố chì có kí hiệu hoá học là Pb, có số thứ tự 82, thuộc nhóm IVA, chu kì 6.

Cấu hình electron của chì (Z = 82): [Xe]4f145d106s26p2. - Trong tự nhiên, chì chiếm khoảng 1,6.10 -4% khối lƣợng vỏ trái đất, phân bố trong hơn 170 khoáng vật khác nhau nhƣng quan trọng nhất là galen (PbS), anglesite (PbSO4) và cerussite (PbCO3), hàm lƣợng chì trong các khoáng lần lƣợt là 88%, 68% và 77%. Nguyên tố đồng - Nguyên tố đồng có kí hiệu hoá học là Cu, có số thứ tự 29, thuộc nhóm IB, chu kì 4. Cấu hình electron của đồng (Z = 29): [Ar]3d104s1.

- Trong tự nhiên, đồng là nguyên tố tƣơng đối phổ biến, chiếm khoảng 0,003% khối lƣợng vỏ trái đất. Đồng thƣờng tồn tại trong các khoáng vật là cancosin (Cu2S) chứa 79,8% Cu, cuprit (Cu2O) chứa 88,8% Cu, colevin (CuS) chứa 66,5% Cu, cancopirit (CuFeS2) chứa 34,5% Cu và malachite (CuCO3. Cu(OH)2), azurite (2CuCO3. Nguyên tố kẽm - Kẽm là một nguyên tố kim loại, nó đƣợc kí hiệu là Zn, có số thứ tự 30, thuộc nhóm IIB, chu kì 4.

Cấu hình electron của kẽm (Z = 30): [Ar]3d104s2. - Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất. Kẽm trong tự nhiên là hỗn hợp của 4 đồng vị ổn định 64Zn, 66Zn, 67Zn, và 68Zn với đồng vị 64 là phổ biến nhất (48,6% trong tự nhiên). Quặng kẽm đƣợc khai thác nhiều nhất là sphalerit, một sulfua kẽm.

Tính chất vật lý Nguyên tố chì 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chì là kim loại màu xanh da trời nhạt, mềm, dẻo, dễ dát mỏng, có ánh kim, bề mặt có màu mờ đục do bị oxi hoá. Dƣới đây là một số hằng số vật lý quan trọng của chì: - Khối lƣợng nguyên tử : 207,21 đvC - Nhiệt độ nóng chảy : 327,4 0C - Nhiệt độ sôi : 1737 0C - Khối lƣợng riêng (ở 25 0C): 11,34 g/ cm3 - Độ dẫn điện (ở 25 0C): 4,84.m-1 Nguyên tố đồng Đồng là kim loại nặng, kết tinh ở dạng tinh thể lập phƣơng tâm diện. Dƣới đây là một số hằng số vật lý quan trọng của đồng: + Khối lƣợng nguyên tử : 63,54 đvC + Nhiệt độ nóng chảy : 1083 0C + Nhiệt độ sôi : 2543 0C + Khối lƣợng riêng (ở 25 0C): 8,94 g/ cm3 + Độ dẫn điện (ở 25 0C): 57 Ohm-1.m-1 Nguyên tố kẽm - Kẽm là kim loại màu trắng bạc. Ở nhiệt độ phòng kẽm khá dòn nhƣng ở 100-150 0C kẽm dễ uốn và dát thành lá.

Dƣới đây là một số hằng số vật lý quan trọng của kẽm: + Khối lƣợng nguyên tử : 65,409 đvC + Nhiệt độ nóng chảy : 965,68 0C + Nhiệt độ sôi : 1453 0C + Khối lƣợng riêng (ở 25 0C): 7,14 g/ cm3 + Độ dẫn điện (ở 25 0C): 1,695. Tính chất hoá học Nguyên tố chì 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - Chì thuộc nhóm IVA trong bảng hệ thống tuần hoàn, có 4 điện tử hoá trị, có hai mức oxi hoá là +2 và +4 trong đó mức oxi hoá +2 là đặc trƣng nhất của chì. - Ở nhiệt độ thƣờng, chì bị oxi không khí oxi hoá tạo thành lớp oxit bền, mỏng bao quanh bên ngoài kim loại. 2Pb + O2  2PbO Khi ở nhiệt độ cao, chì phản ứng với các phi kim nhƣ S, X2 (X là các halogen)… Pb + X2  0 t PbX2 Pb + S  0 t PbS - Chì tan kém trong axit HCl, H2SO4 loãng, chỉ tƣơng tác bề mặt do tạo ra PbCl2, PbSO4 ít tan trên bề mặt.

Nhƣng nó tan đƣợc trong dung dịch đặc hơn của các axit đó (do lớp muối bao bọc tan ra). Pb + 2HCl  PbCl2 + H2  Pb + H2SO4  PbSO4 + H2  PbCl2 + 2HCl  H2[PbCl4] PbSO4 + H2SO4 đn  Pb(HSO4)2 Đối với axit HNO3, Chì tan ở mọi nồng độ. 3Pb + 8HNO3  3Pb(NO3)2 + 2NO  + 4H2O - Chì có thể phản ứng với dung dịch kiềm đặc, nóng. Pb + 2NaOH + NaNO3  0 t Na2PbO2 + NaNO2+ H2O Pb + 2KOH + 2H2O  K2[Pb(OH)4] +H2  0 t Chì thể hiện tính chất lƣỡng tính.

Nguyên tố đồng - Về mặt hoá học, đồng là kim loại kém hoạt động. Ở Nhiệt độ thƣờng và trong không khí, đồng bị bao phủ một lớp màng màu đỏ gồm đồng kim loại và đồng (I) oxit. Oxit này đƣợc tạo nên bởi những phản ứng: 2Cu + O2 + 2H2O  2Cu(OH)2 Cu(OH)2 + Cu  Cu2O + H2O 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - Nếu trong không khí có mặt khí CO2, đồng bị bao phủ dần một lớp màu lục gồm cacbonat bazơ [CuOH]2CO3 (rỉ đồng này thƣờng gọi là tanh đồng). Khi đun nóng trong không khí ở nhiệt độ 1300C, đồng tạo nên ở trên bề mặt một màng Cu2O, ở 2000C tạo nên lớp hỗn hợp oxit Cu2O và CuO, ở nhiệt độ nóng đỏ, đồng cháy tạo nên CuO và cho ngọn lửa màu lục.

- Khi ở nhiệt độ cao, đồng phản ứng với các phi kim nhƣ S, X2 (X là các Halogen)…cho cả muối Cu(II) và Cu(I). Đồng không phản ứng với hidro, nitơ và cacbon dù là ở nhiệt độ cao. Cu + X2  0 t CuX2 - Trong dãy điện hoá, đồng đứng liền sau hidro, đồng không tác dụng với các dung dịch axit nhƣng đồng tác dụng với dung dịch HI giải phóng H2 nhờ tạo thành CuI là chất ít tan, và có thể tác dụng với dung dịch HCN đậm đặc giải phóng H2 nhờ tạo thành những phức bền. 2Cu + 4HCN  2H[Cu(CN)2] + H2 Khi có mặt oxi không khí, đồng có thể tan trong dung dịch HCl và dung dịch NH3 đặc và tan trong dung dịch xianua kim loại kiềm.

2Cu + 4HCl + O2  2CuCl2 + 2H2O 2Cu + 8NH3 + O2 + 2H2O  2[Cu(NH3)4](OH)2 2Cu + 4HCN  2H[Cu(CN)2] + H2 Nguyên tố kẽm - Trong không khí kẽm bị một lớp mỏng oxit hoặc cacbonat bazơ bao phủ ngăn trở nó bị oxi hoá tiếp tục.